促进心脏代谢健康的“最佳”碎片化运动频率：基于随机交叉试验的三水平荟萃分析证据

文摘 2024-11-28 20:35 上海

可视化摘要仅供宣传与参考

文献出处：MY Yin, K Xu, JF Deng, SJ Deng, ZL Chen, BY Zhang, YM Zhong, HS Li, X Zhang, MJL Toledo, KM Diaz, YM Li. Optimal frequency of interrupting prolonged sitting for cardiometabolic health: A systematic review and meta-analysis of randomized crossover trials. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. https://doi.org/10.1111/sms.14769.

一、前言

1. 碎片化运动抵御久坐行为危害

从进化的视角来看，人类可能早已暴露于久坐行为。然而，现代社会的文化与生活方式在一定程度上助长（或迫使）了长时间持续久坐。幸运的是，随机交叉试验已证明，通过对包括糖脂代谢和血管功能在内的心脏代谢健康产生积极影响，并抵消久坐行为的潜在危害。此外，有证据表明，通过碎片化运动一天多次间断久坐在改善血糖控制方面优于单次持续运动。前瞻性队列研究还表明，将久坐时间累积为连续60分钟以上的长时间段，与全因死亡率风险的显著增加相关。相反，将单次久坐时间控制为每次小于30分钟的短时段，则与较低的死亡风险相关。因此，无论碎片化运动的具体形式如何，这一策略都应被视为一种有效的公共健康干预手段，用以减轻久坐行为的危害。

2. 如何实施碎片化运动尚不清楚

尽管已有大量系统评价总结了碎片化运动间断久坐对心脏代谢健康的影响，但针对其“最佳间断频率”的探索仍显不足。这方面的信息对于制定更具体建议以缓解久坐行为的危害至关重要。例如，一项针对2型糖尿病（T2D）患者的研究发现，低频长时间的碎片化运动（如，每60分钟进行6分钟的简单阻力运动）在降低血糖和胰岛素水平方面优于持续久坐。而高频短时间的碎片化运动（如，每30分钟进行3分钟的活动）未显示显著效果。相反，Wongpipit等人的研究则表明，高频短时的碎片化运动（如，每30分钟进行3分钟低强度步行）在降低肥胖成年人的血糖水平方面优于低频长时的碎片化运动（如，每60分钟进行6分钟）。上述结果的差异可能源于研究设计或参与者特征的不同，导致关于最佳中断频率的结论存在分歧。这一矛盾结果表明，需要进一步探讨碎片化运动间断久坐的频率对心脏代谢健康的影响。

3. 证据分歧限制了当前指南制定

目前各组织/协会相关的体力活动与久坐行为指南在间断久坐的频率等关键细节上缺乏具体、明确建议。在实践中，高频间断与低频间断的优劣尚无定论。例如，美国糖尿病协会最新发布的《糖尿病护理标准》建议“每30分钟中断一次久坐以获得血糖控制的益处”。然而，这一建议来源于Dempsey等人的一项随机交叉试验，该试验并未直接对比不同间断频率的效果。因此，无法确定“每30分钟中断一次”的建议是否确为优化血糖管理的最佳碎片化运动间断久坐频率。

4. 本荟萃分析必要性与预期贡献

因此，有必要开展一项全面的系统评价与荟萃分析，以整合现有证据、协调不同研究结果，并为未来久坐行为指南的修订提供科学支撑。荟萃分析能够回答单项试验无法解决的问题，例如，研究结果异质性的主要来源（如参与者特征、中断方式和研究设计）。此外，考虑到不同健康目标可能需要不同的久坐中断频率（例如，改善T2D患者血糖控制的最佳频率可能与调节高血压患者血压的最佳频率不同），系统评价和荟萃分析具有重要的方法学价值和现实意义。本研究旨在系统评价随机交叉试验中不同久坐间断频率对心脏代谢健康急性影响的证据：

1）高频（次间间歇≤30分钟，HF）与低频（次间间歇>30分钟，LF）间断对心脏代谢健康指标（如葡萄糖和脂质代谢、血压及血管功能）的急性影响是否存在差异？

2）上述差异是否受参与者特征（如糖代谢状态）、间断方案（如方式）及研究设计（如条件间总量是否相等）的调节作用影响？

二、研究方法

1. 纳入与排除标准

本研究基于PICOS框架设定纳入与排除标准。纳入标准包括：研究对象为18岁及以上成年人，无论是否患有健康状况；实验设计需为在实验室条件下开展的交叉试验，并设置不间断久坐条件与久坐间断条件；久坐间断需通过多次运动或站立分布于整个久坐中断阶段；研究需明确报告久坐间断的具体方案，且包含至少两种不同频率的久坐间断方案；评估的健康结果需涉及至少一种心血管或代谢指标，如葡萄糖代谢（空腹或餐后血糖/胰岛素水平，糖化血红蛋白、高血糖持续时间或血糖波动）、脂质代谢（空腹或餐后甘油三酯水平）、血压或血管功能（血流量、剪切率、血流介导的血管扩张、脑血流量）。排除标准包括：试验缺乏洗脱期（washout period）；干预时间以外的休息阶段缺乏控制；定性研究；在自由生活环境下进行的试验或干预；系统评价、荟萃分析、研究方案、灰色文献及仅发表摘要的研究。通过以上标准，确保纳入研究严格符合实验条件，聚焦久坐中断对心血管和代谢健康的影响，为系统评价提供高质量的证据支持。

2. 三水平荟萃分析

久坐间断的研究通常报告多个指标，例如增量曲线下面积（iAUC）、总曲线下面积（tAUC）和平均血糖水平，不同研究间常对这些指标进行比较以评估久坐中断频率的效果。然而，这些指标之间通常存在相关性，同时纳入会违反传统荟萃分析“独立效应原则”的假设，而仅选择单一指标则可能过于保守，无法全面反映真实效应。为解决这一问题，本研究采用三水平荟萃分析方法（基于 Assink 和 Wibbelink 的框架），通过将效应值嵌套在单项研究中，将方差分解为抽样方差、研究内方差和研究间方差，既保留了单项研究中的多效应值信息，又充分考虑了组内相关性，从而提高统计功效，更真实地反映总体效应。分析过程使用 R 语言中的 metafor 软件包完成，通过限制最大似然估计（REML）和最大似然（ML）方法估算模型参数，并通过预测区间（PI）补充置信区间以更全面地展示异质性背景下的效应估计。为进一步探讨研究间异质性的来源，亚组分析整合了血糖状态（正常血糖或糖代谢受损）、性别（混合、仅男性或仅女性）、年龄（<60 岁或 ≥60 岁）、体重状态（非肥胖或肥胖）、久坐间断方式及久坐中断总时长等变量。通过分析不同亚组的统计功效，本研究减少了因功效不足可能引发的假阴性风险。此外，为评估结果的稳健性，敏感性分析通过比较三水平荟萃分析与传统两水平荟萃分析的结果进行验证，排除潜在异常值后重新分析，以确保模型的稳定性与可靠性。最终，本研究通过推荐分级评估、开发和评价（GRADE）方法对证据质量进行评价。

三、研究结果

1. 检索结果

系统检索五个数据库，最终纳入13篇研究（见图1）。

图1 PRISMA流程图

2. 纳入特征

13篇纳入研究共涉及211名参与者，其中86名（41%）为女性。样本量范围为10到24人，平均年龄24到66岁之间。研究对象包括：健康人群（5篇研究）、肥胖人群（8篇研究）、糖尿病前期（1篇研究）、2型糖尿病人群（4篇研究）。研究中的久坐对照时间从4到9小时不等，干预方式包括步行（62%）、简单阻力活动（23%）和站立（15%）。干预频率为每15分钟（15%）、20分钟（15%）、30分钟（77%）、45分钟（15%）、60分钟（85%）、120分钟（15%）进行一次中断，干预每次持续时间为1到10分钟不等。其他参与者、干预和结果的详细信息见表1。

3. 荟萃分析

纳入9项研究（k = 25, 740名参与者），以血糖糖水平为主要结局的荟萃分析显示，以更高频率间断久坐相比低频间断在降低血糖水平方面有显著优势（Hedge’s g = -0.30, 95% CI [-0.57, -0.03], p = 0.03, power = 87%，见图2），合并结果中等异质性（I² = 0%，I² = 42.04%，PI [-1.01, 0.41]）。然而，对于胰岛素、甘油三酯、血压和股浅动脉流量介导扩张的结果，两种方案之间无显著差异（见电子附录S2）。

图2 各结局指标荟萃分析结果汇总果树图

4. 亚组分析

进行了亚组分析，以探讨荟萃分析中潜在的修饰效应。仅在使用步行中断久坐的研究中（Hedges' g = -0.47），HF干预显著优于LF干预对葡萄糖水平的影响，而在使用站立（Hedges' g = -0.28）或简单阻力活动（SRA）（Hedges' g = 0.21）的研究中，两者之间无显著差异。对于胰岛素，HF干预在非肥胖人群中优于LF干预（Hedges' g = -0.84），但在肥胖人群中无显著差异（p = 0.06）。

5. 敏感性分析

比较了三水平模型与传统模型的结果，发现两者在主要效应结果和统计显著性上相似。Hat距离检验和学生化残差分析未发现异常值。然而，Cook's距离检验表明Homer等人的研究为异常值，排除该研究后，葡萄糖的合并结果无实质性变化（Hedge’s g = -0.37, 95% CI [-0.62, -0.12], p < 0.01，见电子附录S5）。

四、讨论

本荟萃分析对不同久坐间断频率的随机交叉试验进行比较，发现以更高频率间断久坐相较于更低频率的间断在降低血糖水平方面有显著优势（SMD = -0.30），幅度差异约为11.8%（95% CI: 1.2% 至 21.6%）。鉴于适度改善血糖控制与健康成人心血管事件风险的降低密切相关，这一微小优势可能具有潜在的临床意义。然而，对于其他心脏代谢指标（如胰岛素、甘油三酯、血压等），两种方案效果类似。这些结果表明，高频率久坐间断在血糖管理中可能具有更大的实用价值，尤其是日常需要控制血糖的患者。鉴于当前指南中缺乏对久坐间断频率的具体建议，本研究的发现为临床实践和公共健康政策的更新提供了重要依据。

1. 糖脂代谢

大量系统评价已证实，通过碎片化运动间断久坐对血糖水平的改善具有显著作用（SMD = -0.54 至 -0.36），且全天多次久坐间断在调节血糖方面优于单次持续运动（SMD = -0.39 至 -0.26）。然而，这些研究未能提供关于间断频率的具体建议。本荟萃分析表明，高频中断（≤30分钟/次）在降低血糖方面显著优于低频间断（SMD = -0.30）。这一结果也得到了流行病学研究的支持：将久坐时间集中于60至89分钟或≥90分钟连续时段，与全因死亡率风险增加相关，而将久坐时间分散至小于30分钟的时段，则可显著降低风险。因此，更频繁地间断久坐可能是更优的血糖管理策略，同时也强调减少≥30分钟的连续久坐时间的重要性。

关于不同间断频率对血糖改善的生理机制，目前的解释仍以间接推测为主。有研究表明，在连续久坐5小时期间，每20分钟进行2分钟步行（3.2公里/小时）可调控10种与碳水化合物代谢相关的基因表达，包括上调动力蛋白轻链（DYNLL1）基因的表达，从而可能促进GLUT-4转位及抑制丙酮酸脱氢酶激酶4（PDK-4）的表达，进而提高葡萄糖利用率。因此，研究者推测，更频繁的肌肉收缩（例如更多“坐-站转换”）可能对优化血糖管理至关重要。这一推测得到了相关研究的支持，研究表明频繁间断久坐更有效地增加局部肌肉激活的强度与持续时间。然而，目前仍缺乏关于不同间断频率对血糖变化影响的分子机制研究，亟需进一步探索。

亚组分析显示，间断频率对血糖改善的效果受到间断方式的调节。高频间断仅在步行活动中显著优于低频间断（SMD = -0.47），而在站立（SMD = -0.28）和自重抗阻运动（SRA, SMD = 0.21）中未观察到显著差异。然而需注意的是，站立和自重抗阻运动亚组的统计功效较低（19%-20%）。尽管如此，步行的高频与低频差异显著，站立的效果较小，而自重抗阻运动的结果甚至倾向于支持低频间断。由于步行、站立和自重抗阻运动涉及的肌肉类型和激活模式不同，亚组分析结果可能部分归因于这些差异。此外，自重抗阻运动后的急性血糖反应可能解释为何低频间断在这一模式中表现更优。值得注意的是，与自重抗阻运动相关的不同频率比较均来源于Homer等人的单项研究，因此解释这一结果需保持谨慎，并强调未来需要更多试验以验证这些发现。总体而言，该亚组分析表明，间断频率与方式之间可能存在交互作用，在设计间断方案时应加以权衡。

2. 血管功能

既往多项系统评价已证实，通过碎片化运动间断久坐可以显著改善血流介导的血管舒张功能（FMD）（SMD = 0.84，平均差异为1.50%至1.74%）。本荟萃分析显示，高频碎片化运动间断久坐（≤30分钟/次）与低频碎片化运动间断久坐在股浅动脉FMD改善方面无显著差异（SMD = -0.42，p = 0.47），且异质性较高。值得注意的是，效应值接近“中等”范围，倾向于支持低频优于高频。统计功效较低（28%）可能是缺乏统计学显著性的原因。此外，所有纳入研究的间断久坐的总时长保持一致，提示FMD的急性改善可能更依赖于较长的单次运动间断时长，而非更高的运动间断频率。例如，Caldwell等和Cho等的研究探讨了爬楼梯碎片化运动间断久坐对健康个体FMD的影响。Caldwell等研究中单次运动间断时长较短（每次14-20秒），未观察到显著改善；而Cho等研究中单次运动间断时长较长（每次5分钟），观察到了FMD的显著改善。这表明单次运动间断时长可能是影响FMD改善的关键因素。

此外，荟萃分析结果显示，高频碎片化运动间断久坐与低频碎片化运动间断久坐在血压降低方面同样无显著差异（Hedge’s g = -0.06，p = 0.69）。Paterson等的一项荟萃分析曾表明，与久坐不动相比，步行碎片化运动间断久坐可显著降低收缩压（平均差异 = -4.4 mmHg，SMD = 0.26）和舒张压（平均差异 = -2.4 mmHg，SMD = 0.19）。亚组回归分析还揭示，久坐时间的延长与外周血压升高呈正相关，具体表现为收缩压、舒张压和平均动脉压每小时分别增加0.42 mmHg、0.24 mmHg和0.66 mmHg。因此，从上述证据看，更频繁的碎片化运动间断久坐应更有效地预防血压的持续升高，但本研究结果并未支持这一假设。

从机制上分析，坐姿会导致下肢血管弯曲和狭窄，血流减少和紊乱。同时，由于肌肉缺乏收缩，坐姿还会增加静水压，降低静脉回流，导致下肢血液淤积。这些血液动力学变化通常在连续久坐30至60分钟内出现，进而导致外周血管阻力增加。尽管本研究未评估这些机制，但相关证据表明，低频碎片化运动间断久坐可能已足以缓解久坐引起的血压升高和FMD下降。

3. 现有研究空白与未来研究方向

根据本次荟萃分析，识别出以下研究空白：

原创研究不足：目前关于不同间断频率对胰岛素、甘油三酯和血压影响的研究仍处于初步阶段。由于现有原始研究数量稀少，本次荟萃分析的统计功效较低，导致合并结果可能存在精确性不足。进一步针对这些结局的剂量研究具有重要的实践价值，有助于量化指导方针的制定。
剂量比较有限：迄今仅有3项研究在单个实验中测试了超过两种剂量，尚无研究测试超过四种剂量。因此，缺乏通过直接比较多种剂量以确定最佳间断频率的研究。
分子机制未明：关于不同间断频率的分子机制仍不清楚，亟需进一步研究以揭示其具体作用途径。
交互作用不明：目前关于自重抗阻运动间断频率的研究主要来源于Homer等的个别研究，未来需要更多试验明确这一点。
长期效应未知：当前对不同间断频率的急性影响多基于严格控制的实验室环境，尚不清楚这些发现是否可推广至现实环境及其长期效果。
可接受性问题：尽管研究结果表明高频间断可能对血糖控制更有效，但已有研究指出高频间断的可接受性可能较低。因此，未来需要通过随机对照试验验证不同间断频率与持续时间的长期有效性和可行性，并结合依从性等定量指标加以评估。

4. 潜在局限

本研究是首个系统评价直接比较不同碎片化运动间断久坐频率对心代谢健康影响的研究，为未来久坐行为干预指南和建议提供了重要参考。所有纳入研究均为随机交叉试验，且大部分具有较高方法学严谨性，同时通过亚组分析探讨了剂量效应的异质性来源，为实践应用提供了更精确的信息。然而，本研究也存在一些局限性：首先，仅纳入了13项同行评审发表的研究，样本量较小，限制了效应值合并分析和亚组分析的统计功效与精确性；其次，本研究排除了非英语文献和灰色文献，尽管这对合并效应值的影响可能较小；第三，Egger检验提示一定的发表偏倚，但由于样本量较小，该检验可能存在假阳性结果，需谨慎解释。此外，参与者特征和碎片化运动间断久坐方案存在一定异质性，尽管通过亚组和敏感性分析解决了部分异质性，但解读结果时仍需保持谨慎。最后，部分研究的间断总时长在条件间存在不一致性，导致难以判断效果是否由总活动时长、久坐时间或能量消耗差异驱动。然而，在排除高度异质性参与者（如T2D）及总间断时长“不等量”的研究后，敏感性分析显示高频碎片化运动间断久坐仍显著优于低频碎片化运动间断久坐降低血糖（Hedge’s g = -0.43，95% CI [-0.83, -0.04]，p = 0.03，I² = 0%），进一步验证了本研究结论的可靠性。

五、结论

高频碎片化运动降低血糖方面优于低频碎片化运动，但在胰岛素、甘油三酯、血压和血管功能改善方面，两者之间效果类似。这表明，每30分钟通过碎片化运动间断一次久坐行为，或将持续久坐时间限制在30分钟以内，可能是一种理想的、简单的血糖水平管理策略。

六、观点与展望

久坐行为会影响胰岛素敏感性并升高血糖水平，且与多种慢性疾病及死亡风险增加密切相关。通过碎片化运动间断久坐以改善心代谢健康是一种简单且可行的策略，能够有效缓解久坐行为带来的部分危害。
高频碎片化运动间断久坐在急性改善血糖方面更优。在纳入的高频碎片化运动间断久坐研究中，每次间断的时长为1至5分钟，平均为2.7分钟。尽管尚不能完全确定最低或最佳有效间断阈值，但这些信息可作为实践运动处方制定的有效参考。
HP团队近期的随机对照试验还证实，每日多次短时碎片化运动可对峰值摄氧量产生长期益处，其效果与传统有氧运动指南推荐的中强度持续训练相当。同时，还发现短时碎片化运动在融入到真实世界中有着可观的可行性与感知益处。
前瞻性队列研究还表明，即便每天仅进行几次1分钟的中高强度体力活动，也可显著降低心血管事件和癌症的发生率，以及心血管、癌症及全因死亡率。这些发现进一步扩展了本研究结果的应用价值，并为未来研究与实践提供了重要启示。